一种人工合成云母窑炉及生产方法
技术领域
本发明涉及人工合成云母生产技术领域，具体涉及一种人工合成云母窑炉及生产方法。
背景技术
人工合成云母的内热法生产工艺为：将合成云母所需要的原料电熔镁砂、石英粉、氟硅酸钾、氧化铝粉和碳酸钾按照一定配比混合后，加入耐火砖砌呈的高温炉中，利用加热电极将部分生料熔融，熔融后的熔体能够导电，从而将原料全部融化，最后冷却析出晶体，将坯料与晶体分离，晶体部分经过粉碎、筛分分级等得到云母产品。
现有技术中的云母内热法生产过程中采用石墨发热体作为加热元件，如CN102951654A中所述的，炉体中的三根石墨电极竖向设置，石墨电极的底端与棒座连接，棒座的另一端突出设置于炉体外，石墨电极通过棒座与电源导通，石墨电极的顶端之间连接有电阻丝或者点火棒，点火棒之间接触导通。
基于上述窑炉结构的云母生产工艺过程为：石墨电极、点火棒和棒座预设在炉体中，向炉体中投入按比例混合的原料，点火棒接触导通处电阻大，因此其发热量也大、温度高，促使点火棒顶端周围的原料(顶层原料)熔融，顶层原料熔融后，点火棒接触导通处和/或点火棒与石墨电极的接触导通处截断，或者点火棒脱落；顶层熔融原料作为导电体，导通石墨电极之间的电路，顶层熔融原料重复受热并且热量向其下层传递，促使下层原料达到熔融状态。由于由上至下熔融原料的高度逐渐增加，石墨电极之间的电阻逐渐减小，发热量也相应的逐渐减小。与炉体顶部相比，炉体底部石墨电极加热件热量传递辐射区域的半径逐渐减小，这也是现有技术中炉体的水平截面由上至下半径逐渐减小的原因。
现有云母生产工艺的缺陷在于：
第一、石墨电极和点火棒均为一次性使用，即石墨电极和点火棒均包覆在云母结晶炉料中，破碎云母炉料时也会一并损毁，因此云母生产中石墨电极和点火棒的消耗量大，成本高；
第二、顶层的原料重复受热，热量传递至下层原料的加热方式会导致加热时间长，顶层原料的热量还会通过炉顶散发，影响热量利用率；
第三，如上述的，炉体底部的水平截面逐渐减小会导致炉体中存在原料受热不足未熔融的死角，降低单炉产品产出量；
第四，由于原料中存在不可避免的杂质，大部分杂质通过加热原料过程中产生的炉气排出，顶层物料首先熔融，下层物料的炉气仅能通过炉壁的耐火砖缝隙排出，而不能如顶层物料通过炉顶排出，炉壁耐火砖排布的差异必然会造成炉体之间结晶效果的差异。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种人工合成云母窑炉，采用可升降的石墨发热体，使石墨发热体的集中发热部分更接近未熔融的原料，提高热量利用率，石墨发热体可重复利用，成产升本降低。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种人工合成云母窑炉，包括顶端敞口的炉体，还包括与所述敞口对应设置的石墨发热体，所述石墨发热体与电源连通；所述石墨发热体与升降驱动机构连接，所述升降驱动机构用于调节所述石墨发热体伸入所述炉体的长度。
优选的技术方案为，所述石墨发热体包括三根石墨电极，所述石墨电极与电源连通，所述石墨电极之间导通设置有点火件；所述石墨电极与升降驱动机构连接。
优选的技术方案为，三根所述石墨电极通过基座与所述升降驱动机构连接，所述石墨电极与所述基座固定连接，所述石墨电极之间绝缘设置。
优选的技术方案为，所述基座与所述敞口同心设置，三根所述石墨电极均匀分布于所述基座的中心外周。
优选的技术方案为，所述基座上设置有原料进料口。
优选的技术方案为，所述炉体的底端为直柱状。
优选的技术方案为，所述点火件导通设置于所述石墨电极的底端之间。
本发明的目的之二在于提供一种人工合成云母的生产方法，包括以下步骤：
S1：将石墨发热体置于炉体的内腔中，所述石墨发热体经由炉体的敞口接电；
S2：向炉体中投入原料，石墨发热体集中发热部分周围的原料受热熔融；
S3：升降通过熔融原料导电的所述石墨发热体，直至完全熔融炉体中的原料；
S4：石墨发热体与熔融的原料脱离。
通过点火件导通的石墨电极集中发热部分为点火件，与点火件脱离的石墨电极，或者点火件处截断后，石墨电极之间通过熔融原料导电，石墨电极的集中发热部分为插入原料中的石墨电极端部以及相邻石墨电极端部之间的熔融原料。
优选的技术方案为，所述炉体中的原料分批加入。
优选的技术方案为，所述石墨发热体包括竖向设置的石墨电极以及连通所述石墨电极的点火件；所述S3为所述石墨电极之间的点火件导通结构截断，升降所述石墨电极，所述石墨电极之间通过S2中所述的熔融原料导通，直至完全熔融炉体中的原料。进一步的，所述S3为所述石墨电极之间的点火件导通结构截断，提升所述石墨电极，所述石墨电极之间通过S2中所述的熔融原料导通，直至完全熔融炉体中的原料。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明人工合成云母窑炉采用可升降的石墨发热体，通过调节石墨发热体在炉体中的位置，使石墨发热体的集中发热部分更靠近未熔融的原料部分，与现有技术中预埋的发热体相比，避免先熔融物料的重复受热；
确保水平面方向石墨发热体的传热辐射区域最大化，减小或者杜绝炉体中局部原料受热不足未熔融的死角；
整炉原料完全熔融后，提升石墨发热体使之与熔融原料脱离，不仅能实现石墨发热体的重复利用，还可以降低破碎炉料时分离云母和石墨发热体的作业量，降低人工合成云母的生产成本；
减少粘附于石墨发热体部分的人工合成云母炉料，提高单炉的云母产出量。
附图说明
图1是实施例1人工合成云母窑炉的结构示意图；
图2是实施例1人工合成云母窑炉的使用状态图；
图3是实施例2人工合成云母窑炉的结构示意图；
图4是实施例2中基座与石墨电极连接结构的主视图；
图5是实施例2中基座的俯视结构示意图；
图6是实施例2人工合成云母窑炉的使用状态图；
图中：1、炉体；2、石墨发热体；21、石墨电极；22、点火棒；3、升降驱动机构；31、底座；32、卷扬机；33、悬臂；4、原料进料口；5、基座；51、穿孔；52、耐火砖；6、行车；7、盖体。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
石墨发热体为已知的结构件，其选型主要取决于热量传递辐射范围与炉体是否匹配，发热量是否能满足人工合成云母的温度要求。不同石墨发热体的结构不同，集中发热部分也不同，优选的，集中发热部分位于石墨发热体的底端。石墨电极和点火件的导通连接结构更适用于人工合成云母的工艺要求，点火件不限于现有技术中的点火棒，还包括已知的电阻丝等其他点火结构。
石墨发热体的动作并不限于上升，还可包括下降，优选的，基于集中发热部分位于底端的石墨发热体，提升过程中熔融原料对于石墨发热体的上升阻力更小，因此，人工合成云母的生产工艺过程中优选为将石墨发热体下降至最低位，然后逐步提升石墨发热体。
满足提升和下降石墨发热体的升降驱动机构需要与石墨发热体硬连接，例如石墨发热体与液压油缸的活塞杆连接等，石墨发热体的下降需要考虑到原料对于石墨发热体的相互作用力以及石墨发热体自身的强度；将石墨发热体预埋在原料中并实现提升的设备与石墨发热体硬连接或者软连接，软连接包括但不限于吊装设备例如行车以及可移动至炉体附近的小型吊车。
优选的石墨发热体为现有技术中已知的石墨电极和点火棒的导通连接结构。石墨电极的数量为三根(采用三相交流电源)，如现有技术中所述的，点火棒与石墨电极之间的连接方式通常为：点火棒与石墨电极的数量一一对应，点火棒的一端与石墨电极连接，另一端汇聚连接。
石墨电极的升降可以采用与其一一对应的升降驱动装置同步驱动，也可以将石墨电极固定设置于基座上，升降驱动装置与基座实现石墨电极的同步升降。上述两种方案中后一方案的升降驱动装置结构更趋简单，能保持石墨电极的高度严格一致，石墨电极之间的熔融原料电阻一致，确保石墨电极热量辐射区域在炉体中的高度和水平宽度一致。石墨电极高低不一致，当某一石墨电极端部位于未熔融的原料中时，石墨电极之间的电流无法形成通路，则该石墨电极不发热。作为基座的替代方案，炉体的敞口上还可以设置盖体，盖体上设置有穿设石墨电极并与石墨电极间隙配合的导向孔，但需要确保石墨电极提升过程中不相互接触。
基座与炉体的敞口同心设置，同样是为了确保水平面上石墨电极热量传递的辐射区域与炉体内腔相一致。进一步的，炉体的水平截面为圆形。
基座上的石墨电极之间绝缘设置，包括但不限于以下方案：基座为绝缘材质，与石墨电极相配合的穿孔间隔设置，或者基座与石墨电极不直接接触并且间隔设置有绝缘材料，例如耐火砖或者其他已知的绝缘材料。
原料进料口可以设置在炉体上并与炉体敞口错位设置，也可直接利用炉体的顶端敞口，由于基座固定石墨电极，经由基座上的原料进料口投入原料(混合粉料)，具有流动性的原料可由中心向四周坍塌，有助于原料在炉体中的均匀分布。
炉体底端可以为现有技术中的收口状(鼓式窑炉)，或者直柱状。在升降驱动机构的带动下，石墨发热体实现升降，石墨发热体的集中发热部分在水平面上热量传递辐射区域趋于一致(三相石墨电极发热体的热量传递辐射区域为圆形)，因此炉体底端设置成直柱状，能提高石墨发热体的热量利用率。与现有技术中顶端底端均收口的炉体相比，直柱状的炉体堆砌更方便。
鉴于现有技术中炉底会铺设一定量的炉皮料(靠近炉壁的原料经过加热熔融形成的物料)，点火棒可导通设置于石墨电极的中部之间，即位于点火棒下方的石墨电极节段可插入铺底的炉皮料中。进一步优选的，点火棒导通设置于石墨电极的底端之间，石墨电极的长度可趋短控制，提升石墨电极所需要的生产空间高度也可趋小控制。相应的，云母生产工艺中石墨电极之间的点火棒导通结构截断，提升石墨电极的同时确保石墨电极通过S2中所述的熔融原料导通；直至炉体中的原料完全熔融。上述提升动作为逐步提升，或者以缓慢的速度持续提升。
炉体中的原料可以一次性加入，或者分批加入，分批加入的好处在于：原料中不可避免的材质通过炉气排除，熔融原料上方的未熔融原料过多，则含有杂质的炉气只能通过炉壁释放，释放量有限，分批加入原料可减少熔融原料上层的未熔融原料厚度，使含有杂质的炉气通过原料顶面排出，有助于杂质的充分排出，提升云母质量。另外，原料经由炉体的敞口落料，固态的粉料由于重力部分下沉至熔融原料中，熔融原料包覆状态下更有助于后添加原料的快速熔融。基于相同投料量、炉体结构以及石墨发热体，原料达到熔融状态的加热时间更短。
在经过云母加热使用后，石墨电极表面与炉气中的氧发生反应产生损耗，具有表面损耗的石墨电极可多次重复使用。
石墨电极与点火棒之间的连接关系为绑接或者其他连接方式，要达到原料熔融后石墨电极与点火棒的导通结构截断，一种方式是石墨电极与点火棒的连接处发生脱落，可以是在熔融原料温度条件下绑接材料融化，或者因热膨胀系数不匹配导致绑接材料断裂，又或者提升石墨电极和点火棒时，利用未融化的原料对点火棒的阻力使点火棒与石墨电极相脱离。具体的，绑接材料为石墨线和电熔丝；另一种方式是点火棒本身发生断裂。点火棒为较细的石墨电极，熔融原料和/或炉气对点火棒施加作用力，截断点火棒。
实施例1
如图1-2所示，实施例1的人工合成云母窑炉包括顶端敞口的炉体1，炉体1的底端如现有技术中的收口状，还包括与敞口对应设置的石墨发热体2，石墨发热体2与电源连通；石墨发热体2与升降驱动机构3连接，升降驱动机构3用于调节石墨发热体2伸入炉体的长度。
石墨发热体2包括三根石墨电极21，石墨电极21与电源连通，石墨电极21之间导通设置有点火棒22，点火棒22与石墨电极21通过石墨线和电熔丝绑接连接；石墨电极与升降驱动机构3连接。
炉体1的敞口中设置有盖体7，盖体7上设置有与石墨电极21相配合的导向孔，石墨电极的顶端通过柔性索与升降驱动机构3连接；盖体7外周的炉体1顶壁上设置有原料进料口4。盖体7上还设置有接空孔。
实施例1中的升降驱动机构3为现有技术中已知的小型吊车，包括底座31、卷扬机32和悬臂33，悬臂33伸出设置于炉体1的上方，卷扬机32的吊绳与柔性索连接，例如钩接。
三根石墨电极21绕炉体1中心等高设置，并在炉体1中心外周均匀分布。点火棒22导通设置于石墨电极21的底端之间。
实施例1人工合成云母的生产方法为：
S1：将石墨电极21和点火棒22的导通结构吊设于炉体中，点火棒22位于炉体内腔的底部；
S2：将预定整炉的物料全部投入炉体中；
S3：石墨电极通电，点火棒处发热，热量传递至点火棒周围的原料，直至点火棒周围的物料熔融，点火棒与石墨电极的绑接结构；
S4：吊车同步提升三根石墨电极21，石墨电极21的端部位于熔融原料中，熔融原料上层的原料受热熔融；
S5：重复S4，直至整炉物料全部熔融；
S6：将石墨电极吊离熔融的原料。
实施例2
如图3-6所示，实施例2基于实施例1，区别在于，炉体1的底端为直柱状。三根石墨电极21通过基座5与行车6连接，基座5上设置有间隔的穿孔51，穿孔51由与基座5连接的耐火砖52围合而成，耐火砖间隔石墨电极21与基座5，石墨电极21穿设于穿孔中，石墨电极21与基座5的连接端设置有外螺纹，外螺纹与螺母配合连接。
基座5上设置有原料进料口4。
实施例2的使用过程基于实施例1，区别在于，行车提升基座5，实现三根石墨电极21的同步提升；分批投入原料。
对比例1
对比例1为现有技术中(CN 102951654A所公开的)预埋式三相石墨电极加热装置，三根石墨电极在炉中竖向设置，石墨电极设置位置以及点火棒绑接结构同实施例1。
对比例1所用炉高2m，炉底底部内直径2.3m，炉体中部最大内直径为2.8m，炉体中投料量为14000kg，投料深度为1.8m；
石墨发热体由上至下包括点火棒(三根点火棒的一端聚集并绑接，点火棒的另一端与第一石墨棒绑接，绑接材料是石墨线和电熔丝)、第一石墨棒、第二石墨棒(与第一石墨棒螺纹连接)和延伸至炉体外的棒座(与第二石墨棒螺纹连接)，石墨棒所接电源的电压为380V。石墨发热体部件尺寸如下：
点火棒：直径15mm，长度300mm，高纯石墨棒；
第一石墨棒：直径40mm，长度700mm，高纯石墨棒；
第二石墨棒：直径80mm，长度800mm，高纯石墨棒；
棒座：1300mm*160mm*50mm，高纯石墨板。
实施例1中的石墨发热体由第三石墨棒(与炉外电源连接)、第四石墨棒(与第三石墨棒罗纹连接)和点火棒(点火棒与第四石墨棒的连接结构、点火棒之间的连接结构以及点火棒尺寸同对比例1)，石墨发热体部件尺寸如下：
第三石墨棒：直径120mm，长度400mm；
第四石墨棒：直径60mm，长度2000mm。
实施例1通过检测炉体中物料的温度判断石墨棒的提升。
炉体中的人工合成云母原料组成为石英砂36％(纯度≥99％)、氧化镁29％(纯度≥97％)、氧化铝11％(纯度≥98.5％)、氟硅酸钾20％(纯度≥99％)、碳酸钾4％(纯度≥98.5％)。
实施例1和对比例1的整炉熔融时长、耗电量对比如下：
基于相同的电压，基于相同的原料投料量，在对比例1的基础上，实施例1的整炉熔融时长缩短近15％，耗电量也下降约16.7％。
实施例2基于实施例1，炉体的底部为直柱形，直柱形炉体底部的内直径与实施例1炉体的最大内直径相同；实施例2的投料量大于实施例1，投料分4批次，分别依次为6000kg、5000kg、4000kg、3000kg；
实施例2中第三石墨棒和第四石墨棒的直径同实施例1，区别在于第三石墨棒长度1000mm，第四石墨棒长度800mm，炉料中石墨电极的长度控制在500～600mm。实施例2也通过检测炉体中物料的温度判断石墨棒的提升。
基于相同的炉料破碎工艺和筛分工艺，对比云母窑炉原料利用率和云母成品的质量：
云母窑炉原料利用率的计算方式：结晶产生云母的质量/单炉投料量)*100％；
云母成品的质量通过云母成品中正4目和负4目的质量之比衡量：通过4目筛网筛选成品，滞留于筛网上面的云母为正4目，过筛的云母为负4目。实施例1和实施例2的云母窑炉原料利用率以及正负4目对比如下：
由上表可知，与实施例1鼓式炉体相比，实施例2的炉底部设置成直筒状还能提高云母窑炉的原料利用率。此外，分批向炉体中加入云母原料，配合提升石墨发热体，能提高云母成品中正4目的比例，即所得云母片平均尺寸较大，云母成品质量得到改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
